高速鐵路預制箱梁支座空響處理技術

中鐵建大橋工程局集團第一工程有限公司，遼寧 大連 116000

1 引言

近些年，隨著國家“一帶一路”的倡議，高速鐵路建設呈現快速發展的趨勢。高速鐵路大型箱梁預制場應運而生，其中關于后張法預應力混凝土簡支箱梁支座預埋板的質量控制直接關系到行車安全及結構的使用壽命。目前國內，通過事后處理措施在支座預埋板開孔注入環氧樹脂的方式雖然在一定程度上解決了一部分的早期質量病害的發生，但未從源頭上杜絕此類質量缺陷，致使后期運營期間處理維修成本較高，使用壽命有待提高。

針對目前支座空響問題質量技術處理上的缺陷，通過箱梁預制過程中采取事前主動預控的施工技術改進，經過將近600孔箱梁的支座預埋板檢驗，基本上可杜絕事后再次處理，施工技術及工裝改進已經成熟。目前，在商合杭高鐵全線梁場施工中推廣應用［1］。

2 工程概況

商合杭高速鐵路十四標工程線路全長27.452km，包含12座橋梁，橋梁占比為83.82%。在施工使用了后張法對780 孔預應力混凝土簡支箱梁等進行預制和架設。在梁型的選擇中，選擇現行大型預制梁場標準31.5m的梁跨簡支梁。在一般情況下，設計方案要采用單箱單室等高的設計形式。對于箱梁支座預埋板的操作方式（以PZ-5500 為例）見圖1。

3 支座預埋板的空響技術控制措施

3.1 支座預埋板空響的原因分析

圖1 PZ-5500 支座預埋鋼板設計圖

3.1.1 混凝土收縮徐變

有差異的膨脹系數是目前研究發現對混凝土與支座預埋鋼板的膨脹與收縮現象造成較大影響原因之一，由于該系數在兩者之間存在差異，易造成這兩種材料之間出現收縮、膨脹不同步的現象。因支座預埋鋼板表面具有較高程度的光滑性，并且支座預埋鋼板錨固筋使用相對較少，因此造成了其與混凝土之間粘結力不夠，進而導致微小縫隙極易存在于支座預埋鋼板和混凝土之間，產生空響現象。

3.1.2 混凝土坍落度的影響

預制箱梁混凝土在澆筑過程中，因混凝土坍落度過大，會導致支座預埋板處產生氣泡，進而形成空響；如果混凝土坍落度過小，則易造成混凝土在澆筑過程中難以振搗密實，形成空響［2］。

3.1.3 混凝土的振搗

在箱梁的端部，即支座預埋鋼板上方設計的加強鋼筋過密，一是因混凝土灌注時粗骨料難以下落，導致支座預埋板上面粗骨料過少，水泥漿偏多、偏厚，造成該處混凝土收縮過大，形成空響；二是振搗棒無法直接對預埋鋼板上方混凝土進行有效振搗，導致該處的混凝土易出現欠振、漏振現象，最終形成空響。

3.2 支座預埋板施工中控制措施

3.2.1 混凝土收縮和徐變引起的空響

⑴安裝支座預埋鋼板操作質量控制。首先要求，由測量組人員進行支座預埋鋼板位置的精確放樣。然后對預埋鋼板的位置模板進行表面平整度打磨，直至預埋鋼板所在位置的模板在四角位置處的相對之間的高差小于2mm。將臨時錨固位置精確定位在模板上的支座預埋鋼板上，并且在這個位置上要進行與預留位置相對應的預留孔的鉆探工作。混凝土澆筑之前，作業人員利用螺栓將鋼板上的套筒與鋼模板進行臨時錨固。安裝到位后進行四角高差和箱梁同一端兩支座預埋板的高差復測工作。箱梁混凝土澆筑完畢后，梁體初張拉前，要及時拆除臨時用的錨固螺栓，嚴禁出現初張拉時錨固螺栓未解鎖現象。

⑵混凝土原材料的質量控制。預制箱梁使用壽命滿足100年的要求，箱梁采用C50 高性能混凝土，為了獲得合格的混凝土原材料，一定要選用合格廠商提供的優質原材料，材料質量必須經試驗室抽樣檢測合格后方可用于箱梁主體施工。而對于廠商的選擇可以采用招標方式。

⑶支座預埋鋼板上方的處理。通過圖1（a）可以得知如下信息，在支座預埋鋼板上方或邊緣設計原有21 根Φ12 錨筋和4 個套筒。為了能夠使混凝土與支座預埋鋼板之間的連接得到加強，傳統的方式是在預埋鋼板上增加焊接與設計錨筋同規格的螺紋鋼筋，但此方法會損傷原預埋鋼板上的多元合金+鈍化的防腐措施。為了不破壞設計要求，采用四方形Φ12mm 的螺紋鋼筋套安放至預埋鋼板上方，同時在鋼筋套內滿鋪10～20mm粒徑的大碎石［3］。箱梁支座預埋板（Φ12mm 鋼筋套和碎石）見圖2。

圖2 支座預埋鋼板（Φ12mm 鋼筋套和碎石）

3.2.2 混凝土的質量控制

支座預埋鋼板處振搗所能夠具有的質量與混凝土性能好壞的程度有著直接的、密不可分的關系。因此，第一層的底板和腹板的混凝土具有的性能指標在此時顯得十分重要，尤其是因為混凝土客觀上存在的和易性與坍落度的影響而顯得更加重要。

在每次混凝土正式開始澆筑之前，試驗室對和易性與混凝土坍落度要加大檢測頻次，并且把18～20cm 的范圍作為對于試驗中混凝土坍落度的控制范圍。在上述條件滿足的同時，由于施工時混凝土的性能會根據夏季和冬季的溫度差別而有所不同，因此，要提前做好混凝土性能測定，調整好施工配合比。

3.2.3 加強混凝土的振搗措施

我媽基本不會對我發火，記憶中只有一次。那時候我剛上幼兒園，有一天放學，我忘記給小書包拉上拉鏈，一路蹦蹦跳跳地回了家，書包里的小本子啊鉛筆啊都給抖落光了。第二天早上去上學的時候，我才發現書包是空的。我媽當時噌的一下火就上來了，狠狠罵了我一頓。

⑴工裝改進。由于梁體端部支座預埋板處鋼筋設計較密，致使施工過程中插入式振搗棒無法充分直接深入至預埋板處進行振搗。為解決這一問題，對原箱梁內模板倒角處進行開孔處理，孔徑為10cm，以此保證振搗棒的振搗效果。

⑵施工工藝控制。箱梁混凝土振搗是以插入式振搗棒為主，以高頻附著式振搗器為輔。對于端模板和正下方處，安置1臺附著式振搗器，以保證該處混凝土振搗的效果。針對支座預埋板上方開孔的4 處，采用35 型插入式振搗棒直接對支座板上方的混凝土進行有效振搗［4］。為保證支座板上方的骨料有效的和鋼筋結合、密實，在混凝土開盤前即插入35 型振搗棒至支座預埋鋼板上部。

3.3 支座預埋板的處理結果

通過在支座預埋板上方布置四方形鋼筋套和滿鋪10～20mm 粒徑大碎石、工裝改進相結合的措施后，梁場在施工剩余600 孔箱梁支座后檢查發現，目前所具有的支座空響率與前期已預制完成將近180 孔箱梁支座空響率相比已經得到很大改善。通過對后期梁體支座預埋板進行敲擊檢查，空響現象呈點狀，聲音渾厚、飽滿。這種相結合的處理方式很大程度上保證了質量，克服了這一質量缺陷。

4 針對已制箱梁支座板空響的處理

支座預埋鋼板位置處混凝土存在不密實等問題，主要是因上述三方面原因導致的。因此為了更加有效地解決目前已預制完成將近180 孔簡支箱梁支座預埋鋼板存在的空響問題，最主要的就是把空響位置處支座預埋鋼板與混凝土之間讓它們緊密相互結合起來。而為了達成這一目的可以采取在支座預埋鋼板上鉆孔并且在鉆孔之中注膠的方法來滿足上述要求［5］。

4.1 施工材料與相關設備

對于支座預埋鋼板鉆孔中使用的鉆頭采用德國進口的磁座鉆，型號為JCYY-13；注膠機選用德國進口的高壓注膠機，型號為BOSCH-HX500；韓國進口的JEFF-6 鉆頭。

灌注膠采用CQ-LF1 改性環氧樹脂，膠體抗拉強度要滿足≥30MPa，抗彎強度≥40MPa 且材料不能夠呈脆性破壞，其余各項要求滿足設計中混凝土結構加固規范所列出的具體的要求。

4.2 處理方法

（1）為了判斷空洞的位置，可以先以鐵錘對支座預埋鋼板底部進行敲擊操作，可以依據聲音對空洞的位置進行判斷。

（2）然后在鋼板上用油性記號筆對排氣孔與注膠膠孔位置進行標注。

（3）用磁座鉆在標注的位置處進行開孔，然后把注膠嘴插入注膠孔內。

（4）灌縫膠嚴格按照改性環氧樹脂：固化劑=2：1 的比例稱重配置，充分攪拌均勻至無色差狀態。

（5）用高壓注膠機進行注膠，控制好壓力，待排氣孔有部分膠體流出后，最后停止灌注。

（6）待膠體凝固后除去注膠嘴，最后利用封口膠封住注膠口。

4.3 注膠結果監測

通過鐵錘敲擊原空響位置的聲音來判斷注膠是否已經注滿。

5 結束語

預應力混凝土簡支箱梁支座板空響問題，是箱梁預制過程中危害較為嚴重的質量通病，通過對影響支座板空響原因進行分析、采取事前預防控制手段并且及時制定了事后處理措施，為今后同類問題的解決提供行之有效的施工經驗。